海上平臺火焰探頭大范圍頻繁報故障原因及解決辦法

吳高波

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

某海上平臺隸屬于中海石油（中國）有限公司湛江分公司，平臺投產兩年后，在下雨天時，火氣系統開始出現大范圍的火焰探頭報斷線故障的情況。報故障的火焰探頭布置在各層甲板，危險區、安全區、高處、低處各個位置都有，無明顯分布規律。所有火焰探頭為同一批次同一進口品牌，同一工程建造階段安裝和調試，總數量為81臺，曾出現過故障報警的有20多臺，其中14臺頻繁報故障?；鹧嫣筋^的正常工作關系到現場的生產安全，亟需立即解決問題。

1 火焰探頭簡介

物質燃燒時，在產生煙霧和放出熱量的同時，也產生可見或不可見的光輻射。通過對光輻射的特定波長的紫外光和紅外光的檢測，從而檢測出火災的產生?；鹧嫣筋^又稱感光式火災探測器，它是用于響應火災的光特性即擴散火焰燃燒的光照強度和火焰的閃爍頻率的一種火災探測器。根據火焰的光特性，目前使用的火焰探測器有兩種：一種是對波長較短的光輻射敏感的紫外探測器，另一種是對波長較長的光輻射敏感的紅外探測器。

平臺火焰探頭型號為X3301，是一種三頻譜紅外火焰探測器，每個探測器有3個傳感器，探測器通過內嵌的32位微處理器，采用多種信號處理算法，即便在有誤報警源和環境中有紅外輻射體存在的情況下依然能提供連續的火焰探測保護。探測器具有自動光學完整性校準檢查，每個傳感器內的測試燈每分鐘發出一次特定波長的光以檢驗探測器工作是否正常，也可以采用磁棒、手動外接按鈕以及使用模擬火焰信號燈對探頭進行測試。多頻紅外火焰探測器對碳氫火焰具有更長的探測距離，有很高的防誤報能力，具有智能光路自動加熱防止潮氣和冰水集聚。

圖1 火焰探頭X3301前視圖

2 故障現象

火焰探頭開始出現大范圍報斷線故障的情況，典型的故障現象主要有：

（1）零星且反復報故障：在中控畫面上，偶爾有火焰探頭報故障的情況，因探頭在高處，采用伸縮桿包裹布片配合清洗液的方式擦拭后，探頭恢復正常，但過幾天后又重復報故障。

（2）大范圍報故障：下雨天時，約有25%以上數量的火焰探頭在中控畫面上持續報故障，等雨停一段時間后，探頭又自動恢復正常。

3故障原因排查

3.1中控系統排查

（1）中控系統卡件故障。在線檢查中控系統，確認硬件組態、程序、參數設置正確，所有冗余卡件運行正常，排除了卡件的問題。

（2）中控系統軟件設置問題。在組態軟件中，設定當火焰探頭傳感器輸出信號電流值小于3.5mA時為斷線故障，但未設置更低電流輸出時對應的故障報警，所以導致探頭故障的具體原因無法查詢，中控故障報警為斷線故障與設備實際故障報警不一定相符。

（3）接線問題。檢查中控控制柜、中間接線箱、火焰探頭等接線都正確，各點接觸良好，排除了接線問題。

（4）通訊問題?，F場所有火焰探頭采用的都是點對點的方式，并非現場總線等串聯方式，探頭之間互不干擾，探頭輸出4-20mA電流信號至中控，不同電流代表不同狀態。分別從接線柜端子排上和現場探頭處用毫安信號發生器模擬輸入電流信號，中控顯示正常，報警正確。

3.2 環境因素排查

（1）安裝位置?；鹧嫣筋^一般安裝在各層甲板的立柱、支架、防火墻上，安裝牢固，無振動影響；安裝位置高于各設備撬塊，低于上一層甲板面1到2米。所有安裝位置依據設計圖紙施工，未見異常。

（2）溫濕度影響。海上平臺位于南海，常年濕度較高，空氣中鹽分大，長時間累積可能造成探頭表面臟污。夏天溫度高，太陽直射時探頭表面溫度可達60℃以上，但實際檢查發現，溫度高可能會造成電子元器件老化加快，但短時間內影響不大。

（3）背景光等影響?，F場照明燈具為熒光燈具，發出白色可見光，通過調整火焰探頭朝向等確認對探頭檢測無直接影響。部分罐體和管線包裹保溫鐵皮，在強烈陽光反射下，偶爾會出現火焰探頭報警的情況，但平臺有多層甲板，僅有個別位置受陽光直射，影響范圍很小，調整探頭朝向后問題得以解決，非主要原因。

（4）電磁干擾?；鹧嫣筋^安裝位置遠離設備撬塊，未直接受設備運行影響，所有電纜走線符合相關規范要求；中控及探頭屏蔽接地方式為中控集中接地，接地電阻正常，屏蔽完好；所有電纜經檢測絕緣良好。

3.3 火焰探頭自身因素排查

（1）火焰探頭本身質量問題。此類火焰探頭技術成熟，質量可靠，在中海油范圍內有大量運用，未出現過此類大范圍火焰探頭報故障的情況。經咨詢廠家，同批次其他探頭也未出現此類情況。

（2）探頭測試?；鹧嫣筋^有2種測試方法，一種為火焰燈模擬火焰信號照射探頭，另一種方式為用磁棒吸合探頭本體上的磁性開關。用模擬火焰燈照射時，部分探頭能報警，部分無法報警；用磁棒吸合時，所有探頭都能報警。

（3）探頭自加熱功能。探頭用于檢測的鏡面帶自加熱功能，當有雨霧時自動啟動去除水霧，經測試，自動加熱功能正常。

（4）探頭拆檢?；鹧嫣筋^總體分為2個部分，前半部分主要包括3個觀察孔及感光元器件等，后半部分主要為電源及變送部分；將報故障的火焰探頭前半部分更換新的后，問題未再次出現。對探頭前半部分進行拆檢，發現所有電路板狀態良好，工作正常，但探頭鏡面模糊不清，存在大面積的銹蝕金屬粉塵、鹽霧、水垢等痕跡，并且鏡面上的涂層變花，存在多處斑點。

（5）探頭檢測。將故障的火焰探頭使用專用數據線連接至電腦，并用檢測軟件進行檢測。調整探頭靈敏度等參數，對報故障問題無影響；讀取探頭存儲日志信息，探頭的歷史故障為“Auto Oi Fault ”和“ Reduced Oi Signal ”兩種，均為探頭自檢未通過，設備會發出2mA信號輸出；讀取報故障探頭的3個傳感器狀態數值，僅為20左右，遠低于最優狀態值100。

4 問題原因分析

綜上排查結果所述，火焰探頭大范圍報斷線故障的主要原因為：在平臺建造及日常防腐的過程中產生了大量金屬粉塵，這些粉塵吸附和集聚在火焰探頭表面，未能得到及時清理，與水霧和鹽分作用產生銹蝕，長期累積下，形成大量銹跡、水垢等痕跡覆蓋在鏡面上，并堵塞反射孔、Oi自檢孔等；在下雨時，大量水霧噴灑在探頭鏡面上，進一步加劇了鏡面模糊程度，導致探頭無法正常工作和自檢從而頻繁報故障；同時中控系統軟件中僅設置了電流低于3.5mA的斷線故障報警，未設置更低電流所對應的報警，因此最終反應在中控畫面中出現火焰探頭大范圍報斷線故障的現象。

5 解決方法分析

針對火焰探頭存在的問題，采取如下處理措施：

（1）總體清洗標定和校準

①將所有探頭從現場安裝處拆回工作間，觀察到探頭反射孔鏡面模糊不清，存在大量不明污垢粘附，透光性很差。將探頭連接電源，并使用專用調試工具連接至電腦，通過專用軟件讀取探頭狀態信息。

圖2 探頭初始狀態

②探頭上電后，探頭狀態燈為綠色，顯示工作正常；通過專用軟件讀取探測器存儲日志，發現存在多次自檢故障信息；檢查各項實時參數信息，確認無其他報錯情況，工作電壓24V，電流輸出為4mA；觀察3個探測器窗口初始狀態值為20左右，遠低于100，實際工作狀態不理想，很可能存在無法正常檢測到火焰的情況，存在較大的安全隱患。

圖3 專用軟件檢測的初始狀態結果

③在未拆解探頭的情況下，直接從探頭表面對3個窗口進行清潔，采用清洗液配合抹布、紙巾等方式清潔，有一定效果，但無法完全清除污垢。觀察探測器窗口數值變化為40到80之間。

④將探頭拆解，將整個鏡面拆卸后清洗，發現清洗液、精密電器清潔劑、洗潔精等常規清潔方式效果不理想，最后采用牙膏和牙刷清潔的方式，效果很好，所有污垢都被清除；清洗時確認鏡面涂層上存在很多斑點，有一定的變性損壞情況；再對反射孔清理完后，重新回裝探頭并進行測試，觀察探測器數值變化為70至90。

圖4 Oi板及反射孔清潔

⑤存儲備份探頭歷史報警后，清理復位報警信息；操作專用軟件，對探頭進行校準標定后，3個窗口數值變為100，探頭工作在正常狀態，報警測試正常。

圖5 重新標定后探頭狀態檢測

⑥將探頭回裝到現場原安裝位置并用磁棒和火焰模擬等進行測試，確認探頭工作正常，報警和復位功能正確。對所有火焰探頭進行同樣的拆裝、清洗、校準標定和測試工作，確保探頭恢復正常。

（2）定期測試和維護

每季度對所有火焰探頭進行維護保養，清洗探頭表面和3個觀察孔等，有必要時拆下探頭，對鏡面即Oi板進行清潔。為降低工作量，提高便利性，專門設計了一種高處探頭清洗工具，帶旋轉清洗頭、清洗劑和水霧噴灑、氣體吹掃等功能。探頭清洗時，先將伸縮桿縮放到位，接上清洗液，通過氣壓從噴嘴處噴灑到探頭正面，再使用氣動馬達帶動旋轉頭清洗，然后噴灑清水除去殘留清洗液，最后使用工廠風吹掃，確保探頭清洗到位，減少金屬粉塵及鹽分等殘留。清洗完成后使用模擬火焰燈和磁棒進行測試，確認探頭工作正常。

（3）完善報警信息

在中控軟件中，根據表1所示，設置不同電流對應的4種故障報警、1種正常工作狀態和預報警及報警2種狀態，確保所有探頭狀態都能得到準確識別，并及時采取針對性的處理措施。此外，需定期使用火焰探頭專用調試工具連接探頭進行測試，以保證探頭始終工作在最優狀態。

表1 輸出電流大小代表的探頭狀態

6 結束語

本文從海上平臺案例出發，結合現場排查，分析得出火焰探頭大范圍報斷線故障的具體原因，并給出了詳細的解決辦法。但受制于探頭數量多及分布位置復雜的因素，維護工作量大且成本高，定期維護需配合專門設計的清洗工具。此外，此次拆洗Oi板時發現鏡面涂層部分位置變花，存在斑點的情況，初步判斷為光學污染或老化所致，還需要繼續深入分析原因并采取相應處理措施，確?；鹧嫣筋^工作正常，保障現場生產安全。